文献综述
- 选题背景
1953年G.A.Dcschamps教授提出了利用微带线的辐射制成天线的概念，但是直到1973年R.E.Munson和J.Q.Howell等研究者才制成了第一批实用微带天线，随后国际上开始展开对微带天线的广泛研究。上世纪八十年代至今，微带天线得到了飞跃式发展，并不断成熟，其应用与日俱增。其主要优点是质量轻，低剖面，易于与导弹、卫星等载体表面共形，适用于印刷电路大批量生产，而且容易实现圆极化。其主要缺点是频带窄，功率容量小，有导体介质损耗[1]。为了克服微带天线的缺点，近年来有大量学者进行了深度研究并提出了很好的解决方案。
根据现代通信的需求，研究印刷天线的一个重要方向就是多功能性，即多频段，多极化，多用途。多频段天线可以在两个工作频率远离时，避免使用两个分离天线从而达到简化系统复杂度，减小系统体积和减轻系统质量的目的。双极化天线可以同时发射或者接受两个正交极化的电磁波，做到频分复用，这在频谱资源日益稀缺的今天具有重要意义。多频段、多极化以及成为当今微带天线发展的趋势。[2]
单个天线的方向性是有限的，为了加强天线的定向辐射能力，可以采用天线阵。天线阵就是将若干个天线党员按一定方式排布而形成的天线系统。只要调整好各个单元的相位差，就可以得到需要的更强的方向性。天线阵列在对方向性需求高的场合，譬如雷达，已经得到了非常广泛的应用[3]。
综上所述，对多极化共口径微带天线阵列的研究具有非常重要的现实意义。
- 文献调研
2.1微带天线带宽的展宽
微带天线最大的一个缺点之一，就是其天线带宽窄，导致在很多场合的应用被限制，但是数十年来已经有很多学者提出了拓宽微带天线带宽的方案[4]-[7]。传统上来说，要拓宽微带天线的带宽，有以下几种方法：第一，采用厚基板。加厚基板导致辐射电导随之增大，导致了品质因数降低。并且一定程度上，削弱了微带天线低剖面的优势。这种方法无法有效运用在对空气动力性能和质量要求较高的导弹或者是卫星上。第二，采用楔形或者梯形基板。其基本原理是两辐射端口处基板厚度不同而导致两个谐振器经阶梯电容耦合而形成了双回路。第三，采用非线性基板材料。经实验验证，铁氧体天线具有多谐特性，若得到理想的色散特性就可以在几倍频程上使用一个天线。第四，采用多层结构。当采用参差调谐紧耦合回路时，频带将会展宽[4]。类似原理已经用于设计微带天线，但这种方法同样是以牺牲厚度为代价的。目前主流方法是加厚介质和采用层叠贴片的方式。安徽大学的余俊南设计了一种基于巴伦馈电的双频双极化叠层微带天线[5]为了提高谐振带宽，作者将介质层的厚度做了一定程度的加厚，一定程度削弱了微带天线的低剖面性能，其厚度达到了其最小频率对应波长的0.16倍，大于大多数同类的设计。哈尔滨工程大学的王敬设计了一种可应用与合成孔径雷达的双频段双极化共孔径微带天线[6]X波段和C波段微带天线通过使用双层贴片（下层作为主贴片而上层作为寄生贴片），下层处于过耦合状态而上层处于前耦合状态，从而改善了天线带宽。电子科技大学的黄发[7]提出了一种基于差分馈电的双极化贴片天线，该天线创新性引入了四个弧状T形结构，用以提高谐振带宽，比起前面两篇文献使用的通过加厚介质层和使用层叠贴片的方法，该设计可以实现超低的剖面高度。
2.2共口径多极化的实现
微带天线的多极化作为一个非常重要的发展方向，受到了广泛的关注。安徽大学的余俊南设计了一种基于巴伦馈电的双频双极化叠层微带天线[5]。在单极双馈电型天线的进一步分析基础上引入了一对同轴馈电探针，从而得以实现水平线极化和垂直线极化的功能。同时，利用通过叠层放置贴片实现高频、低频双频带的控制。通过Wilkinson功分器和180°移相器构成的微带巴伦输出等幅反相的信号，从而大大降低了交叉极化水平和激励端口之间的互扰[5]。哈尔滨工程大学的王敬设计了4套独立的馈电网络，作者将馈电网络进行了分层布置，避免了馈线交叉，降低了馈电网络的复杂程度，另一方面也可以避免馈线间耦合，从而提升端口隔离度。通过双端口馈电的方法，该天线实现了双线极化功能[7]。电子科技大学的黄发提出了一种具有四极化功能的天线[6]，采用了便捷切换的馈电网络给辐射贴片馈电，通过不同的激励组合，就可以实现四种不同的极化状态。当不同幅度和相位的信号馈如输入端口时，就可以得到四种不同的输入信号组合，分别对应了四种不同的极化状态。上海大学的钟顺时教授在他设计的共口径双频段双极化微带天线[8]中使用了两种不同的实现多极化方法。在X波段，采用了微带贴片天线，利用正交的馈电结构实现双极化。S波段采用了微带振子天线，利用垂直放置的两个振子来实现双极化。南京理工大学的潘啸龙设计了一种由变极化发射系统和变极化接受系统组成的变极化收发系统[9]。通过控制移相器和可控增益放大器来实现两路通道信号的幅度、相位控制进而得到不同的极化输出。变极化接收则是采用了极化滤波器组来选通各种极化波，并将二者整合到一起。
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- 天线阵列
在多极化共口径微带天线的运用场景中，往往需要比较高的天线增益。如机载、星载合成孔径雷达。而大多数微带天线本身的增益并不是特别高，因此往往会选择将多个单元组成一个阵列来提高天线增益。一般来说，各个阵元的形式和取向都是相同的[13]。中国科学技术大学的汪涛与合肥工业大学的黄正锋对个单元组成的微带天线直线阵进行了研究[10]。利用有限差分法计算了微带天线直线阵的方向图，讨论了各个阵元之间耦合的影响。经过仿真计算，得出当阵元间距不变的情况下，阵元数量越多，直线阵的主瓣越窄，能量越集中。
